JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

يظهر البروتوكول المقدم القياس والتحليل الرقمي للسمات الفسيولوجية المستمرة للأوراق على الأوراق الأحفورية لإعادة بناء المناخ القديم وعلم البيئة القديمة باستخدام علم فراسة الأوراق الرقمي وطرق إعادة بناء كتلة الأوراق لكل منطقة.

Abstract

يؤثر المناخ والبيئة بشدة على حجم وشكل وأسنان (علم الفراسة) لأوراق النباتات. وقد استخدمت هذه العلاقات، وخاصة في كاسيات البذور الخشبية غير أحادية الفلقة، لتطوير وكلاء قائمين على الأوراق للمناخ القديم وعلم البيئة القديمة التي تم تطبيقها لإعادة بناء النظم الإيكولوجية الأرضية القديمة على مدى ~ 120 مليون سنة الماضية من تاريخ الأرض. بالإضافة إلى ذلك ، نظرا لأن هذه العلاقات قد تم توثيقها في النباتات الحية ، فهي مهمة لفهم جوانب تطور النبات وكيفية استجابة النباتات للتغيرات المناخية والبيئية. لإجراء هذه الأنواع من التحليلات على النباتات الحديثة والأحفورية ، يجب قياس علم فراسة الأوراق بدقة باستخدام منهجية قابلة للتكرار. يصف هذا البروتوكول طريقة قائمة على الكمبيوتر لقياس وتحليل مجموعة متنوعة من المتغيرات الفسيولوجية للأوراق في الأوراق الحديثة والأحفورية. تسمح هذه الطريقة بقياس السمات الفسيولوجية للأوراق ، ولا سيما المتغيرات المتعلقة بمسننات الأوراق ، ومنطقة الأوراق ، وتشريح الأوراق ، والخطية المستخدمة في وكيل علم فراسة الأوراق الرقمي لإعادة بناء المناخ القديم ، وكذلك عرض السويقات ومنطقة الورقة ، والتي تستخدم لإعادة بناء كتلة الورقة لكل منطقة ، وكيل علم الحفريات. نظرا لأنه يمكن تطبيق طريقة قياس سمات الأوراق الرقمية هذه على النباتات الأحفورية والحية ، فإنها لا تقتصر على التطبيقات المتعلقة بإعادة بناء المناخ القديم وعلم البيئة القديمة. يمكن استخدامه أيضا لاستكشاف سمات الأوراق التي قد تكون مفيدة لفهم وظيفة مورفولوجيا الأوراق ، وتطور الأوراق ، والعلاقات التطورية لسمات الأوراق ، وتطور النبات.

Introduction

الأوراق هي وحدات إنتاج أساسية تسهل تبادل الطاقة (مثل الضوء والحرارة) والمادة (مثل ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء) بين النبات والبيئة المحيطة به 1,2. لأداء هذه الوظائف ، يجب أن تدعم الأوراق وزنها ميكانيكيا ضد الجاذبية في الهواء الساكن والرياح 3,4. بسبب هذه الروابط الجوهرية ، تعكس العديد من جوانب حجم الأوراق وشكلها وأسنانها (علم الفراسة) تفاصيل وظيفتها والميكانيكا الحيوية وتوفر نظرة ثاقبة لبيئتها وبيئتها. قام العمل السابق بتحديد العلاقات بين علم فراسة الأوراق والمناخ والبيئة في جميع أنحاء العالم الحديث لإنشاء وكلاء يمكن تطبيقها على تجمعات الأوراق الأحفورية 5,6. توفر هذه الوكلاء فرصا مهمة لإعادة بناء المناخ القديم وعلم البيئة القديمة والمساهمة في فهم أكبر للتفاعل المعقد بين مختلف أنظمة الكوكب طوال تاريخه. توضح هذه المقالة بالتفصيل الطرق اللازمة لاستخدام وكلاء: 1) طريقة إعادة بناء كتلة الأوراق لكل منطقة لتوضيح علم البيئة القديمة ، و 2) علم فراسة الأوراق الرقمي لإعادة بناء المناخ القديم.

كتلة الأوراق الجافة لكل منطقة (MA) هي سمة نباتية يتم قياسها بشكل متكرر في كل من علم النبات الجديد والقديم. القيمة الأساسيةل M A ، خاصة لإعادة بناء الحفريات ، هي أنها جزء من طيف اقتصاديات الأوراق ، وهو محور منسق لسمات الأوراق المترابطة جيدا والتي تشمل معدل التمثيل الضوئي للأوراق ، وطول عمر الأوراق ، ومحتوى مغذيات الأوراق بالكتلة7. توفر القدرة على إعادة بناء MA من الحفريات نافذة على هذه العمليات الأيضية والكيميائية التي يتعذر الوصول إليها ، ويمكن أن تكشف في النهاية عن معلومات مفيدة حول الإستراتيجية البيئية النباتية ووظيفة النظام البيئي.

طور Royer et al.5 طريقة لتقدير MA للأوراق الأحفورية كاسيات البذور الخشبية غير أحادية الفلقة (ثنائيات الفلقة) بناء على مساحة نصل الورقة وعرض السويقة. من الناحية النظرية ، تعمل سويقات الأوراق كناتئ ، حيث تحمل وزن الورقة في الموضع الأمثل 3,4. لذلك ، يجب أن ترتبط مساحة المقطع العرضي للسويقة ، والتي تشكل أهم مكون لقوة الحزمة ، ارتباطا وثيقا بكتلة الورقة. من خلال تبسيط شكل السويقة إلى أنبوب أسطواني ، يمكن تمثيل مساحة المقطع العرضي للسويقة مع مربع عرض السويقة ، مما يسمح بتقدير كتلة الورقة من حفرية ثنائية الأبعاد (لمزيد من التفاصيل ، انظر Royer et al.5). يمكن قياس مساحة الورقة مباشرة. معا ، مربع عرض السويقة مقسوما على مساحة الورقة (أي مقياس السويقة ؛ الجدول 1) يوفر وكيلا جيدا للحفرية MA ويسمح لعلماء النباتات القديمة بالدخول في البيئة الحديثة القائمة على السمات. كما تم توسيع طرق إعادة البناء MA لتشمل عاريات البذور عريضة الأوراق ومصقولة 5,8 ، وكاسيات البذورالعشبية 8 ، والسراخس9 ، والتي أنتجت علاقات تختلف عن العلاقات التي لوحظت لكاسيات البذور ثنائية القطب الخشبية وعن بعضها البعض. تسمح مجموعة بيانات ثنائية الفلقة الخشبية الموسعة ومعادلات الانحدار الجديدة لإعادة بناءتباين ومتوسط M A على مستوى الموقع باستنتاج تنوع الاستراتيجيات الاقتصادية للأوراق وما هي الاستراتيجيات الأكثر انتشارا ، بين كاسيات البذور ثنائية القطب الخشبية في النباتات الأحفورية10.

وقد لوحظت العلاقة بين سمات الأوراق الفسيولوجية ومناخها لأكثر من قرن11,12. على وجه التحديد ، يرتبط علم الفراسة لأوراق كاسيات البذور ثنائية اللون الخشبية ارتباطا وثيقا بدرجة الحرارة والرطوبة13. شكلت هذه العلاقة الأساس للعديد من الوكلاء الفيزيونوميينأحاديي المتغير 14،15،16،17 ومتعدد المتغيرات6،18،19،20،21،22 للمناخ القديم الأرضي. تم تطبيق كل من طرق المناخ القديم للأوراق أحادية المتغير ومتعددة المتغيرات على نطاق واسع على النباتات الأحفورية التي يهيمن عليها كاسيات البذور في جميع القارات التي تمتد على ~ 120 مليون سنة من تاريخ الأرض (الطباشيري إلى الحديث)23.

هناك ملاحظتان أساسيتان تستخدمان في وكلاء المناخ القديم الفيزيونومي للأوراق هما 1) العلاقة بين حجم الورقة ومتوسط هطول الأمطار السنوي (MAP) و 2) العلاقة بين أسنان الأوراق (أي الإسقاطات الخارجية لهامش الورقة) ومتوسط درجة الحرارة السنوية (MAT). على وجه التحديد ، يرتبط متوسط حجم الأوراق لجميع أنواع كاسيات البذور ثنائية الفلقة الخشبية في مكان ما ارتباطا إيجابيا ب MAP ، ونسبة أنواع كاسيات البذور ثنائية اللون الخشبية في مكان بأوراق مسننة ، بالإضافة إلى حجم وعدد الأسنان ترتبط سلبا مع MAT6،12،13،14،15،16،24.

يتم دعم الارتباط الوظيفي بين هذه العلاقات بين علم فراسة الأوراق والمناخ بقوة من خلال كل من النظرية والملاحظة1،2،25. على سبيل المثال ، على الرغم من أن الأوراق الأكبر توفر مساحة سطح أكبر لعملية البناء الضوئي ، إلا أنها تتطلب دعما أكبر ، وتفقد المزيد من الماء من خلال النتح ، وتحتفظ بحرارة أكثر منطقية بسبب طبقة حدودية أكثر سمكا 1،26،27. ومن ثم، تكون الأوراق الأكبر حجما أكثر شيوعا في البيئات الأكثر رطوبة وسخونة؛ لأن فقدان الماء من خلال زيادة النتح يبرد الأوراق بشكل فعال ويكون أقل إشكالية. في المقابل ، تقلل الأوراق الأصغر في المناخات الحارة الأكثر جفافا من فقد الماء وتتجنب ارتفاع درجة الحرارة بدلا من ذلك عن طريق زيادة فقدان الحرارة المعقول28,29. تظل تفاصيل العوامل ، أو مجموعة العوامل ، التي تساهم بقوة في شرح الروابط الوظيفية غامضة بالنسبة لسمات الأوراق الأخرى. على سبيل المثال ، كانت هناك العديد من الفرضيات المقترحة لشرح العلاقة بين أسنان الأوراق و MAT ، بما في ذلك تبريد الأوراق ، وتعبئة البراعم بكفاءة ، وتعزيز الدعم والإمداد بالأوراق الرقيقة ، والإدماع من خلال الثغور المائية ، وتعزيز إنتاجية الموسم المبكر30،31،32،33.

تعتمد معظم وكلاء المناخ القديم الفيزيونومي للأوراق على التقسيم القاطع لسمات الأوراق بدلا من القياسات الكمية للمتغيرات المستمرة ، مما يؤدي إلى العديد من أوجه القصور المحتملة. يستبعد النهج الفئوي دمج معلومات أكثر تفصيلا تم التقاطها بواسطة القياسات المستمرة التي ترتبط ارتباطا وثيقا بالمناخ (على سبيل المثال ، عدد الأسنان ، خطية الأوراق) ، والتي يمكن أن تقلل من دقة تقديرات المناخ القديم6،20،34. بالإضافة إلى ذلك ، في بعض طرق تسجيل سمات الأوراق ، يمكن أن تكون السمات التي يتم تسجيلها بشكل قاطع غامضة ، مما يؤدي إلى مشاكل في قابلية التكاثر ، وبعض السمات لها أدلة تجريبية محدودة لدعم ارتباطها الوظيفي بالمناخ6،15،16،35،36.

لمعالجة أوجه القصور هذه ، اقترح Huff et al.20 قياس سمات الأوراق المستمرة رقميا بطريقة تعرف باسم علم فراسة الأوراق الرقمي (DiLP). الميزة الرئيسية ل DiLP على الطرق السابقة هي اعتماده على السمات التي 1) يمكن قياسها بشكل موثوق عبر المستخدمين ، 2) مستمرة بطبيعتها ، 3) مرتبطة وظيفيا بالمناخ ، و 4) عرض اللدونة المظهرية بين مواسم النمو 6,37. وقد أدى ذلك إلى تقديرات أكثر دقة ل MAT و MAP من طرق المناخ القديم الفسيولوجية السابقةللأوراق 6. بالإضافة إلى ذلك ، تستوعب الطريقة الطبيعة غير الكاملة للسجل الأحفوري من خلال توفير خطوات لحساب الأوراق التالفة وغير المكتملة. تم تطبيق طريقة DiLP بنجاح على مجموعة من النباتات الأحفورية من قارات متعددة تغطي نطاقا كبيرا من الزمنالجيولوجي 6،38،39،40،41،42.

البروتوكول التالي هو توسيع للبروتوكول الموصوف في العمل السابق5،6،20،34. وسوف يشرح الإجراءات اللازمة لإعادة بناء المناخ القديم وعلم البيئة القديمة من الأوراق الأحفورية لكاسيات البذور ثنائية البذور الخشبية باستخدام طرق إعادة البناء DiLP و MA (انظر الجدول 1 للحصول على شرح للمتغيرات المقاسة والمحسوبة من خلال استخدام هذا البروتوكول). بالإضافة إلى ذلك ، يوفر هذا البروتوكول خطوات لتسجيل وحساب سمات الأوراق غير المدرجة في تحليل DiLP أو MA ولكنها سهلة التنفيذ وتوفر توصيفات مفيدة لعلم فراسة الأوراق (الجدول 1). يتبع البروتوكول التنسيق التالي: 1) تصوير الأوراق الأحفورية. 2) إعداد ورقة رقمية ، نظمت في خمسة سيناريوهات إعداد محتملة ؛ 3) القياس الرقمي للأوراق ، منظم في نفس سيناريوهات التحضير الخمسة المحتملة ؛ و 4) تحليلات DiLP و MA ، باستخدام حزمة R dilp10.

يتم تضمين بروتوكول إعادة بناء MA في بروتوكول DiLP لأن كلاهما مناسب للتحضير والقياس جنبا إلى جنب. إذا كان المستخدم مهتما بتحليلات MA فقط ، فيجب عليه اتباع خطوات التحضير الموضحة في سيناريو إعداد DiLP 2 ، سواء كان هامش الورقة مسننا أم لا ، وخطوات القياس التي تصف عرض السويقات ومنطقة السويقات وقياسات مساحة الورقة فقط. يمكن للمستخدم بعد ذلك تشغيل الوظائف المناسبة في حزمة dilp R التي تقوم بإعادة بناء MA .

Protocol

1. تصوير الأوراق الأحفورية

  1. ضع حفرية الورقة أسفل الكاميرا وتأكد من أنها مسطحة قدر الإمكان باستخدام ، على سبيل المثال ، صندوق رمل أو معجون للإسفين أسفل الحفرية.
    ملاحظة: عند تصوير عينات متعددة على كتلة واحدة ، من الأفضل تصويرها كلقطات مقربة بشكل منفصل لضمان وضوح تفاصيل الحفرية ودقتها. من المفيد أيضا وضع الحفرية على خلفية صلبة داكنة غير لامعة ، مثل اللباد الأسود أو المخمل.
  2. ضع شريط مقياس أفقيا وفي نفس المستوى الرأسي للورقة ، وضعه بالقرب من الحفرية ولكن لا يغطي أي أجزاء منه. إذا كانت هناك مصفوفة قليلة أو معدومة تحيط بالحفرية ، فيجب وضع المقياس داخل إطار الصورة وأن يكون في بؤرة التركيز.
  3. باستخدام حامل ثلاثي القوائم للكاميرا أو حامل نسخ ، ضع الكاميرا مباشرة فوق الورقة الأحفورية بحيث تكون العدسة موازية لسطح الصخور. لضمان التقاط تفاصيل الورقة بشكل حاد ، ضع الكاميرا بالقرب من الحفرية قدر الإمكان مع البقاء ضمن المسافة البؤرية للعدسة / الكاميرا والتأكد من أن الحفرية بأكملها داخل إطار الصورة.
    ملاحظة: إذا أمكن ، فمن الأفضل استخدام كاميرا رقمية عالية الدقة وعدسة ماكرو مع تركيز يدوي وعمق مجال كاف للتركيز بشكل واضح على الورقة التي ستتم معالجتها.
  4. باستخدام الضوء غير المباشر ، قم بإضاءة الحفرية حسب الحاجة لرؤية المخطط الكامل للعينة بوضوح. غالبا ما يكون من الضروري إعادة ضبط الإضاءة لكل حفرية.
  5. قم بتصوير الورقة الأحفورية وقم بتسمية ملف الصورة بشكل مناسب.

2. التحضير الرقمي

ملاحظة: يرد في الشكل 1 رسم توضيحي للمصطلحات المعمارية للأوراق المستخدمة في جميع أنحاء هذه البروتوكولات. استخدم شجرة القرار (الشكل 2) والأمثلة المقدمة (الشكل 3) لتحديد سيناريو التحضير الذي ينطبق على الورقة الأحفورية المراد قياسها والانتقال إلى هذا القسم المناسب. الجدول المرجعي 2 للاطلاع على اعتبارات إضافية في خطوات الإعداد. إذا كانت الورقة تندرج تحت السيناريو 1 أو 5 ، فلا يمكن تحضير الورقة لقياسات فراسة الأوراق الكمية.

  1. السيناريو 2: ورقة هامشية كاملة يتم الحفاظ على مساحتها أو نصف مساحتها أو يمكن إعادة بنائها.
    1. افتح الملف في برنامج معالجة الصور (على سبيل المثال ، Adobe Photoshop أو GIMP). قم بقص الصورة ، إذا لزم الأمر ، مما يساعد على تقليل حجم الملف النهائي ولكنه يضمن استمرار تضمين شريط المقياس.
    2. ضاعف عرض منطقة العمل بالنقر فوق صورة > قماش (فوتوشوب); حجم > الصورة (GIMP). يقترح إضافة لوحة قماشية جديدة إلى يمين أو يسار اللوحة القماشية الحالية.
    3. إذا كان هامش الورقة يتطلب بعض إعادة البناء ، فقرر ما إذا كان يمكن قياس مساحة الورقة وشكلها بشكل أكثر موثوقية من نصف ورقة أو ورقة كاملة (الشكل 3).
    4. انسخ الورقة من مصفوفة الصخور. تتبع الورقة بأكملها أو نصفها ، بما في ذلك السويقة إن وجدت ، باستخدام أداة لاسو (انظر الجدول 2). انسخ التحديد والصقه وضعه في منطقة مفتوحة من اللوحة. ضع في اعتبارك لصق نسختين من هذا التحديد ، إحداهما غير محررة للعودة إليها إذا لزم الأمر لإعادة تشغيل عملية التحضير.
    5. قم بإصلاح أي أجزاء تالفة من الهامش باستخدام خط من اللون المناسب (عادة ما يكون أسود إذا كان على خلفية بيضاء). ارسم خطا يمتد عبر الهامش التالف بحيث يتم إعادة بناء الهامش بشكل موثوق، باستخدام فرشاة الرسم أو أداة الخط على سبيل المثال. تأكد من أن الخط سميك بما يكفي لرؤيته (~ 1-2 نقطة وزن) وأنه يربط الهامش عبر المنطقة التالفة.
    6. قم بإزالة السويقة من الورقة ، إن وجدت ، باستخدام أداة لاسو.
      1. بصريا ، اتبع هامش الورقة على طول القاعدة حتى النقطة التي تلامس فيها السويقة ، والتي غالبا ما تكون أغمق في اللون ولا تحتوي على عروق مميزة. ضع نقطة لاسو هناك. افعل الشيء نفسه على النصف الآخر من الورقة وضع النقطة الثانية هناك.
        ملاحظة: إذا كانت قاعدة الورقة متناظرة ، فسيكون الخط ~ عموديا على السويقة ؛ إذا كان الخط غير متماثل، فسيكون بزاوية.
      2. قم بتطويق السويقة بأكملها لإنهاء التحديد. قص ولصق ، أو استخدم أداة النقل ، لوضع السويقة بجوار شفرة الورقة ، ولكن دون لمسها.
        ملاحظة: بالنسبة لقاعدة الأوراق المخروطية أو الفصية ، مما يعني أن القاعدة تمتد أسفل حيث تلتصق السويقة بشفرة الورقة ، فإن السويقة لديها القدرة على الاستقرار على قاعدة الورقة أدناه حيث تلتصق السويقة بشفرة الورقة. احرص على قطع السويقة في المكان الذي تعلق فيه بالفعل ، وتتبع هامش السويقة عن كثب ، وقم بإصلاح الهامش التالف الناتج. من المسلم به أنه قد يكون من الصعب رؤية ذلك في معظم الحفريات.
    7. قم بقص المنطقة النهائية من الصورة إذا لزم الأمر لتقليل حجم الملف. انظر الشكل 3 للحصول على مثال لكيفية ظهور الصورة المعدة المكتملة.
  2. السيناريو 3: ورقة مسننة لا يمكن إعادة بناء مساحتها أو نصف مساحتها ولكن ≥ سنين متتاليين و ≥25٪ من الورقة محفوظة
    ملاحظة: قياسات الأسنان هي السمات الوحيدة التي يمكن قياسها على أوراق هذه الفئة ، لذلك يتم تحضير الأوراق لهذه القياسات فقط.
    1. افتح الملف في برنامج معالجة الصور (على سبيل المثال ، Adobe Photoshop أو GIMP). قم بقص الصورة ، إذا لزم الأمر ، مما يساعد على تقليل حجم الملف النهائي ولكن تأكد من استمرار تضمين شريط المقياس.
    2. كرشة لمضاعفة عرض منطقة العمل أربع مرات بالنقر فوق صورة > قماش (فوتوشوب) ؛ حجم > الصورة ( GIMP). يقترح إضافة لوحة قماشية جديدة إلى يمين أو يسار اللوحة القماشية الحالية.
    3. انسخ الورقة من مصفوفة الصخور. تتبع مدى الورقة المحفوظة ، بما في ذلك السويقة إن وجدت ، باستخدام أداة لاسو. لا تقلق بشأن تتبع الأجزاء التالفة من الهامش على وجه التحديد لأنه سيتم إزالتها. انسخ التحديد والصقه وضعه في منطقة مفتوحة من اللوحة. ضع في اعتبارك لصق نسختين من هذا التحديد ، إحداهما نسخة غير محررة للعودة إليها إذا لزم الأمر لإعادة تشغيل عملية التحضير.
    4. إذا كان موجودا ، فقم بإزالة السويقة من الورقة باستخدام أداة لاسو.
      1. بصريا ، اتبع هامش الورقة على طول القاعدة حتى النقطة التي تلامس فيها السويقة ، والتي غالبا ما تكون أغمق في اللون ولا تحتوي على عروق مميزة. ضع نقطة لاسو هناك. افعل الشيء نفسه على النصف الآخر من الورقة وضع النقطة الثانية هناك.
        ملاحظة: إذا كانت قاعدة الورقة متناظرة ، فسيكون الخط ~ عموديا على السويقة ، وإذا كان غير متماثل ، فسيكون الخط بزاوية.
      2. قم بتطويق السويقة بأكملها لإنهاء التحديد. قص ولصق ، أو استخدم أداة النقل ، لوضع السويقة بجوار شفرة الورقة ، ولكن دون لمسها.
        ملاحظة: بالنسبة لقاعدة الأوراق المخروطية أو الفصية ، مما يعني أن القاعدة تمتد أسفل حيث تلتصق السويقة بشفرة الورقة ، فإن السويقة لديها القدرة على الاستقرار على قاعدة الورقة أدناه حيث تلتصق السويقة بشفرة الورقة. احرص على قطع السويقة في المكان الذي تعلق فيه بالفعل ، وتتبع هامش السويقة عن كثب ، وقم بإصلاح الهامش التالف الناتج. قد يكون من الصعب رؤية هذا في معظم الحفريات.
    5. قم بإزالة المنطقة المجاورة للأجزاء التالفة من الهامش باستخدام أداة lasso.
      1. ابدأ التحديد عند نقطة على طول الهامش الذي يحد الجزء التالف وارسم خطا مستقيما من تلك النقطة إلى الوريد الرئيسي العمودي على هذا الوريد الرئيسي (الشكل 4). ابدأ الاختيار عند الجيوب الأنفية للأسنان الأولية المحفوظة الأقرب إلى الضرر. هذا يضمن عدم تضمين جانب السن كمحيط داخلي في القياسات اللاحقة ، ولا يتم قياس الأسنان الفرعية كما لو كانت أسنانا أولية. قد لا يكون هذا مناسبا إذا كانت الأسنان متباعدة عن بعد ، حيث قد ينتهي الأمر بإزالة الكثير من الهامش المحفوظ (الشكل 4).
      2. تابع التحديد على طول الوريد الرئيسي حتى يصل إلى المستوى مع الحد الآخر للهامش التالف ، وارسم خطا مستقيما عموديا على الوريد الرئيسي على الهامش (الشكل 4).
        ملاحظة: بالنسبة لأوراق الشجر (الشكل 1 أ) ، مع وبدون عروق زراعية (انظر Ellis et al.43) ، فإن الوريد الرئيسي هو الوريد الأساسي (أي الوريد الأوسط). بالنسبة للأوراق ذات العروق النخيلية (الشكل 1B ، D) ، يكون الوريد الرئيسي هو أقرب وريد أولي (على سبيل المثال ، الشكل 4B). بالنسبة للأوراق المفصصة بشكل ريشي (الشكل 1C) ، إذا كان الضرر موجودا على فص ريشي الشكل ، فإن الوريد الرئيسي هو الوريد (عادة الوريد الثانوي) الذي يغذي الفص.
      3. أكمل التحديد واحذف هذا الجزء من الورقة. كرر لجميع الأجزاء التالفة من الورقة.
    6. انسخ والصق هذه الورقة المعدة وضعها في منطقة مفتوحة من اللوحة.
    7. إزالة الأسنان باستخدام أداة لاسو.
      1. ابدأ من قمة الورقة ، أحد قمم الفص ، أو السن الأكثر قمية لجزء الورقة ، وقم بالاختيار عند كل جيب للسن الأساسي على طول تلك الورقة أو الفص أو الجزء (الشكل 5 ؛ انظر الشكل التكميلي 1 ، الشكل التكميلي 2 للحصول على نصائح حول كيفية التمييز بين الأسنان اللبنية والفرعية وكيفية التمييز بين الأسنان من الفصوص). تأكد من اتباع القواعد المناسبة عند قطع الأسنان (الجدول 2 ؛ الشكل التكميلي 3).
        ملاحظة: غالبا ما تصبح الأسنان اللبنية أصغر باتجاه القاعدة والقمة.
      2. بعد اختيار الجيب القمي لمعظم الأسنان القاعدية ، قم بتطبيق قاعدة التمديد (الجدول 2 ؛ الشكل التكميلي 4) لقطع السن الأخير من التسلسل.
      3. إزالة الأسنان عن طريق قص ولصق الأسنان بجانب شفرة الورقة مع إزالة الأسنان دون لمسها. إذا كان المستحضر يحتوي على فصوص أو شظايا أوراق إضافية تتطلب إزالة الأسنان ، كرر الخطوات المذكورة أعلاه حتى تتم إزالة جميع الأسنان.
    8. إذا تم إنشاء نسخة إضافية من الورقة المقطوعة الأصلية ، فاحذف الإصدار الإضافي. قم بقص المنطقة النهائية من الصورة إذا لزم الأمر لتقليل حجم الملف. انظر الشكل 3 للحصول على مثال لكيفية ظهور الصورة المعدة المكتملة.
  3. السيناريو 4: ورقة مسننة يتم الحفاظ على منطقتها أو منطقة أوراقها أو يمكن إعادة بنائها
    1. افتح الملف في برنامج معالجة الصور (على سبيل المثال ، Adobe Photoshop أو GIMP). قم بقص الصورة ، إذا لزم الأمر ، مما يساعد على تقليل حجم الملف النهائي ولكن تأكد من استمرار تضمين شريط المقياس.
    2. كرشة لمضاعفة عرض منطقة العمل أربع مرات بالنقر فوق صورة > قماش (فوتوشوب) ؛ حجم > الصورة ( GIMP). يقترح إضافة لوحة قماشية جديدة إلى يمين أو يسار اللوحة القماشية الحالية.
    3. قرر كيف سيتم تحضير الورقة. يجب إجراء قياسات مساحة / شكل الورقة على ورقة كاملة أو نصف ورقة ، وتحديد الخيار الذي سيؤدي إلى قياسات أكثر دقة. يجب إجراء قياسات الأسنان على طول جميع أقسام الهامش المحفوظ. في بعض الحالات ، قد تحدث قياسات مساحة / شكل الورقة على مجموعة فرعية مختلفة من الورقة عن المجموعة الفرعية حيث يتم قياس متغيرات الأسنان.
      ملاحظة: في المثال المقدم (الشكل 6) ، تقرر إعادة بناء نصف ورقة بشكل أكثر موثوقية من ورقة كاملة. تم تضمين الهامش المحفوظ في أسفل اليمين (>1 سن محفوظ) لقياسات الأسنان. يتبع البروتوكول التالي للسيناريو 4 تقريبا المثال المقدم (الشكل 6) ، ولكن قد تختلف التفاصيل قليلا في سياقات الإعداد المختلفة.
    4. انسخ الورقة من مصفوفة الصخور ، مع التأكد من تضمين كل الهامش المحفوظ.
      1. تتبع هامش الورقة ، بما في ذلك السويقة إن وجدت ، باستخدام أداة لاسو. لا تتبع الأجزاء التالفة من الهامش التي لن يتم تضمينها في قياسات المساحة / الشكل على وجه التحديد لأنه سيتم إزالتها (على سبيل المثال ، النصف الأيمن من الورقة في الشكل 6).
      2. انسخ التحديد والصقه ، وضعه في منطقة مفتوحة من اللوحة. ضع في اعتبارك لصق نسختين من هذا التحديد ، إحداهما غير محررة للعودة إليها إذا لزم الأمر لإعادة تشغيل عملية التحضير.
    5. إذا كان موجودا ، فقم بإزالة السويقة من الورقة باستخدام أداة اللاسو.
      1. بصريا ، اتبع هامش الورقة على طول القاعدة حتى النقطة التي تلامس فيها السويقة ، والتي غالبا ما تكون أغمق في اللون ولا تحتوي على عروق مميزة. ضع نقطة لاسو هناك. افعل الشيء نفسه على النصف الآخر من الورقة وضع النقطة الثانية هناك.
        ملاحظة: إذا كانت قاعدة الورقة متناظرة ، فسيكون الخط ~ عموديا على السويقة ؛ إذا كان الخط غير متماثل، فسيكون بزاوية. قم بتطويق السويقة بأكملها لإنهاء التحديد.
      2. قص ولصق ، أو استخدم أداة النقل ، لوضع السويقة بجانب الورقة ، ولكن دون لمسها.
        ملاحظة: بالنسبة لقاعدة الأوراق المخروطية أو الفصية ، مما يعني أن القاعدة تمتد أسفل حيث تلتصق السويقة بشفرة الورقة ، فإن السويقة لديها القدرة على الاستقرار على قاعدة الورقة أدناه حيث تلتصق السويقة بشفرة الورقة. احرص على قطع السويقة من حيث تلتصق ، وتتبع هامش السويقة عن كثب ، وإصلاح الهامش التالف الناتج (الشكل التكميلي 5). قد يكون من الصعب رؤية هذا في معظم الحفريات.
    6. انسخ الورقة المعزولة والصقها مع إزالة السويقة لإنشاء نسخة ثانية للتحضير لقياسات الأسنان ووضعها في منطقة مفتوحة من اللوحة.
    7. قم بإعداد نسخة من الورقة لقياسات مساحة الورقة وشكلها.
      1. في حالة تحضير نصف ورقة ، قم بقص مادة الأوراق الزائدة باستخدام أداة اللاسو بحيث يتبقى نصف ورقة كاملة فقط. في حالة تحضير ورقة كاملة ، لا تقم بإزالة أي مادة ورقة.
      2. إذا لزم الأمر، قم بإصلاح أي مساحات تالفة على طول الهامش باستخدام خط من اللون المناسب باستخدام أداة خط أو فرشاة رسم (عادة خط أسود لخلفية بيضاء). تأكد من أن الخط سميك بما يكفي لرؤيته (~ 1-2 نقطة وزن) وأنه يربط الهامش عبر المنطقة التالفة.
    8. تحضير نسخة من ورقة لقياسات الأسنان.
      1. قم بإزالة المنطقة المجاورة للأجزاء التالفة من الهامش باستخدام أداة lasso.
        1. ابدأ الاختيار عند نقطة على طول الهامش الذي يحد الجزء التالف وارسم خطا مستقيما من تلك النقطة إلى الوريد الرئيسي العمودي على هذا الوريد الرئيسي (الشكل 4). ابدأ الاختيار عند الجيوب الأنفية للأسنان الأولية المحفوظة الأقرب إلى الضرر. هذا يضمن عدم تضمين جانب السن كمحيط داخلي في القياسات اللاحقة ، ولا يتم قياس الأسنان الفرعية كما لو كانت أسنانا أولية. قد لا يكون هذا مناسبا إذا كانت الأسنان متباعدة عن بعد ، حيث قد ينتهي الأمر بإزالة الكثير من الهامش المحفوظ (الشكل 4).
        2. تابع التحديد على طول الوريد الرئيسي حتى يصل إلى المستوى مع الحد الآخر من الهامش التالف وارسم خطا مستقيما عموديا على الوريد الرئيسي على الهامش (الشكل 4).
          ملاحظة: بالنسبة لأوراق pinnate (الشكل 1A) ، مع وبدون عروق زراعية (انظر Ellis et al.43 للتعريف والأمثلة) ، فإن الوريد الرئيسي هو الوريد الأساسي (أي الوريد الأوسط). بالنسبة للأوراق ذات العروق النخيلية (الشكل 1B ، D) ، يكون الوريد الرئيسي هو أقرب وريد أولي (على سبيل المثال ، الشكل 4B). بالنسبة للأوراق المفصصة بشكل ريشي (الشكل 1C) ، إذا كان الضرر موجودا على فص ريشي الشكل ، فإن الوريد الرئيسي هو الوريد (عادة الوريد الثانوي) الذي يغذي الفص.
        3. احذف الجزء التالف من الورقة. افعل الشيء نفسه لجميع الأجزاء التالفة من الورقة.
    9. انسخ والصق النسخة المعدة لقياسات الأسنان ، مع إزالة الأجزاء التالفة ، وضعها في منطقة مفتوحة من اللوحة.
    10. إزالة الأسنان باستخدام أداة لاسو.
      1. ابدأ من قمة الورقة ، أو أحد قمم الفص ، أو السن الأكثر قمية لجزء الورقة ، وقم بالاختيار عند كل جيب من الأسنان الأولية على طول الورقة أو الفص أو الجزء (الشكل 5 ؛ انظر الشكل التكميلي 2 للحصول على نصائح حول كيفية التمييز بين الأسنان اللبنية والفرعية وكيفية التمييز بين الأسنان والفصوص). تأكد من اتباع القواعد المناسبة عند قطع الأسنان (الجدول 2 ؛ الشكل التكميلي 2).
        ملاحظة: غالبا ما تصبح الأسنان اللبنية أصغر باتجاه القاعدة والقمة.
      2. بعد اختيار الجيب القمي لمعظم الأسنان القاعدية ، قم بتطبيق قاعدة التمديد (الجدول 2 ؛ الشكل التكميلي 4) لقطع السن الأخير من التسلسل.
      3. إزالة الأسنان عن طريق قص ولصق الأسنان بجانب شفرة الورقة مع إزالة الأسنان دون لمسها. إذا كان المستحضر يحتوي على فصوص أو شظايا أوراق إضافية تتطلب إزالة الأسنان ، كرر الخطوات المذكورة أعلاه حتى تتم إزالة جميع الأسنان.
    11. إذا تم إنشاء نسخة إضافية من الورقة الأصلية المقطوعة ، فاحذف الإصدار الإضافي. قم بقص المنطقة النهائية من الصورة إذا لزم الأمر لتقليل حجم الملف. انظر الشكل 3 للحصول على مثال لكيفية ظهور الصورة المعدة المكتملة.

3. القياس الرقمي

ملاحظة: يتم توفير جدول بيانات نموذج إدخال البيانات كملف تكميلي 1. الجدول المرجعي 3 لاعتبارات إضافية في خطوات القياس. في السيناريوهين 1 و5، الخطوة الوحيدة المطلوبة هي تسجيل حالة الهامش الورقي في جدول بيانات إدخال البيانات (الخطوة 3.5).

  1. افتح برنامج ImageJ44. قم بتعيين القياسات التي سيتم إجراؤها تلقائيا (قم بذلك مرة واحدة بعد تثبيت البرنامج).
  2. انقر فوق تحليل > تعيين القياسات، وحدد المساحة والمحيط وقطر فيريت فقط. تأكد من تعيين المنازل العشرية إلى 3.
  3. افتح صورة الورقة الأحفورية المعدة بالنقر فوق ملف > فتح أو ببساطة عن طريق سحب الصورة وإفلاتها في شريط أدوات ImageJ المفتوح بالفعل.
  4. اضبط المقياس لكل صورة ورقة جديدة.
    ملاحظة: هذه خطوة حاسمة ويجب إجراؤها لكل صورة ورقة جديدة لضمان قياسات دقيقة.
    1. انقر فوق أداة الخط المستقيم. قم بتكبير شريط المقياس وارسم أطول خط مستقيم ممكن عبر شريط المقياس.
    2. انقر فوق تحليل > تعيين مقياس. في المسافة المعروفة ، أدخل الطول المقاس بالسنتيمتر (ليكون متسقا مع الوحدة المستخدمة في مجموعة بيانات المعايرة الحديثة). ليس من الضروري تغيير وحدة الطول. انقر فوق موافق.
  5. ضع علامة على الورقة على أنها مسننة (0) أو كاملة (1) في جدول بيانات إدخال البيانات.
  6. قم بقياس عرض السويقة إذا كانت السويقة موجودة. يجب إجراء القياسات على النسخة الأصلية من الورقة التي لا تزال في مصفوفة الصخور ، لأنها توفر سياقا أفضل بكثير.
    ملاحظة: إذا لم تكن السويقة موجودة ، في بعض الحالات ، يمكن قياس عرض الوريد الأوسط في موضعه القاعدي بدلا من السويقة. ومع ذلك ، يجب أن يتم ذلك فقط إذا تم الحفاظ على عرض الوريد الأوسط بالكامل (أي لا توجد صفيحة مضغوطة فوق الوريد أو تحافظ الحفرية على الجانب المحوري من الورقة) وتظهر عينات أخرى من نفس النوع أو النمط المورفولوجي أن عرض الوريد القاعدي يعادل عرض السويقة.
    1. ارسم خطا مستقيما عموديا على السويقة ، حيث تلتقي السويقة بشفرة الورقة ، أو إذا كانت نقطة الإدخال غير متماثلة ، ارسم خطا عموديا على السويقة عند نقطة الإدخال الأكثر قاعدية. من المهم رسم هذا الخط بعناية. وبالتالي ، يوصى بتكبير هذه المنطقة من الورقة لتسهيل رسم الخط بدقة.
      ملاحظة: هناك ظروف خاصة تحتاج فيها هذه الخطوة إلى التعديل ، بما في ذلك ما إذا كان هناك ، عند نقطة الإدخال القاعدية الأكثر ، تلفا أو ترايكهومز ، أو رحيقا ، أو أشواكا ، أو ميزات أخرى تمنع القياسات الدقيقة لعرض السويقة. في هذه الحالات ، قم بقياس عرض السويقة عند النقطة الأولى أسفل الميزة حيث يمكن إجراء القياس بشكل موثوق.
    2. انقر فوق تحليل > قياس، أو استخدم اختصارا لقياس طول الخط المرسوم. ارسم نفس الخط على الصورة لإنشاء سجل للمكان الذي تم فيه القياس بالضبط بالنقر فوق تحرير > رسم أو باستخدام اختصار. قم بتغيير لون الخط باستخدام أداة على شريط الأدوات الرئيسي (منتقي الألوان) ، إذا لزم الأمر.
    3. بمجرد رسم الخط ، احفظ الصورة ، ويفضل أن يكون ذلك تحت اسم ملف معدل.
    4. سجل طول هذا الخط تحت عرض السويقات في جدول بيانات إدخال البيانات.
  7. قم بإعداد الورقة لقياسات إضافية عن طريق جعل الصورة بالأبيض والأسود. للقيام بذلك، انقر فوق > الصورة اكتب > 8 بت.
  8. ضع عتبة للصورة بالنقر فوق صورة > ضبط > عتبة أو استخدم الاختصار. سيتم فتح مربع بعنوان Threshold وتغيير جزء من الصورة إلى اللون الأحمر. إذا كانت الورقة فاتحة اللون والخلفية داكنة، فانقر فوق خلفية داكنة.
  9. اضبط العتبة باستخدام شريط التمرير حتى يصبح الجزء الداخلي من الورقة أحمر ومميزا عن الخلفية. هذه خطوة حاسمة ومكان سهل لإنتاج بيانات غير دقيقة. تأكد من أن المنطقة الحمراء تتوافق تماما مع الورقة (أي أن كل محيط الورقة أحمر وليس أكثر) ، عن طريق تكبير بعض أقسام الهامش. الفجوات الحمراء داخل الجزء الداخلي للورقة مقبولة ولا تؤثر على القياسات.
    ملاحظة: إذا لم يكن مخطط الورقة محددا جيدا ، فحاول أولا ضبط العتبة أثناء التكبير للتأكد من أن مخطط الورقة أحمر. إذا كان التباين الضعيف بين الحفرية والخلفية يمنع تطبيق عتبة موثوقة، استخدم أداة فرشاة الرسم لإضافة مخطط صلب إلى محيط الورقة في المناطق التي يكون فيها التباين ضعيفا جدا. بدلا من ذلك ، أعد الورقة إلى برنامج معالجة الصور (على سبيل المثال ، Adobe Photoshop أو GIMP) واضبط تباين طبقات الأوراق المعزولة أو لون الخلفية لتمييزها بشكل أفضل.
  10. قم بقياس مساحة الورقة وشكلها للأوراق المحضرة في السيناريوهين 2 (الخطوة 2.1) و 4 (الخطوة 2.4).
    ملاحظة: استخدم الشكل 2 والشكل 6B كدليل للمتغيرات التي يتم قياس المتغيرات على مكونات الصورة المعدة. إذا تم تحضير الأوراق في السيناريو 3 (الخطوة 2.2) ، فتخط هذه الخطوة وانتقل إلى الخطوة 3.11.
    1. قم بقياس الورقة المعدة لقياسات مساحة الورقة وشكلها ، والتي يجب إزالة سويقاتها فقط (في حالة وجود سويقة). حدد أداة العصا . انقر على الجزء الداخلي من الورقة. يجب تحديد الورقة بأكملها باللون الأصفر - تأكد من صحة المخطط التفصيلي.
    2. قم بإجراء القياسات بالنقر فوق تحليل > قياس أو باستخدام الاختصار.
    3. إذا تم إعداد المنطقة المقاسة كورقة كاملة ، ومنطقة السجل ، والمحيط ، و Feret ، والحد الأدنى من النمس في جدول بيانات إدخال البيانات. إذا تم تحضير المنطقة المقاسة على شكل نصف ورقة ، فقم بتسجيل Feret فقط وانتقل إلى الخطوة التالية.
    4. إذا كانت المساحة المقاسة نصف ورقة ، فقم بقياس المحيط الأوسط الاصطناعي للورقة ، وهو طول المحيط الاصطناعي الناتج عن قطع الورقة إلى النصف (الشكل 6 ب). إذا كانت المساحة المقاسة هي الورقة بأكملها ، فتخط هذه الخطوة والخطوة 3.10.5.
      ملاحظة: يسمح قياس المحيط الأوسط الاصطناعي بحساب محيط الشفرة من نصف الأوراق (انظر الخطوة 3.10.5 أدناه). لا يستخدم محيط الشفرة في المتغيرات المدرجة في تحليلات DiLP و MA ولكنه يستخدم لمتغيرات أخرى مفيدة لتوصيف علم الفراسة (على سبيل المثال ، عامل الشكل ، الاكتناز ؛ الجدول 1).
      1. حدد أداة الخط المجزأ بالنقر بزر الماوس الأيمن على أداة الخط . تتبع كامل طول المحيط الأوسط الاصطناعي.
      2. انقر فوق تحليل > قياس أو استخدم الاختصار لقياس الطول. سيتم استخدام هذا القياس في الصيغة لحساب محيط الشفرة أدناه (الخطوة 3.10.5).
    5. إذا كانت المساحة المقاسة نصف ورقة ، فقم بتعديل القياسات أثناء إدخالها في جدول بيانات إدخال البيانات بضرب المساحة في 2 ، وضرب الحد الأدنى من النمس في 2 ، وحساب محيط الشفرة عن طريق طرح المحيط الأوسط الاصطناعي أولا من محيط نصف الورقة ثم الضرب في 2 باستخدام الصيغة التالية:
      محيط الشفرة = (محيط - محيط وسط اصطناعي) × 2
    6. في حالة وجود سويقات مقطوعة ، قم بقياس مساحتها. إذا لم يكن موجودا ، يتم إكمال القياس للسيناريو 2 ، ولكن انتقل إلى الخطوة 3.11 للسيناريو 4.
      1. انقر فوق سويقات القطع باستخدام أداة العصا. يجب تحديد السويقة باللون الأصفر. قم بإجراء القياسات بالنقر فوق تحليل > قياس أو باستخدام الاختصار. منطقة التسجيل تحت منطقة سويقات في جدول بيانات إدخال البيانات.
    7. وبالنسبة للسيناريو 2 (الخطوة 2-1)، اكتمل القياس الآن؛ بالنسبة للسيناريو 4 (الخطوة 2.3)، انتقل إلى الخطوة التالية.
  11. قم بقياس متغيرات الأسنان للأوراق المحضرة في السيناريوهين 3 (الخطوة 2.2) و 4 (الخطوة 2.3).
    1. قياس شفرة الخام. باستخدام أداة العصا ، حدد الجزء الداخلي من الشفرة الخام (أي الورقة المعدة لقياسات الأسنان التي لا تزال لها أسنانها ؛ الشكل 6 ب). يجب أن تكون محددة باللون الأصفر. قم بإجراء القياسات بالنقر فوق تحليل > قياس أو باستخدام الاختصار.
      ملاحظة: اعتمادا على كيفية تحضير الورقة ، قد يكون من الضروري قياس عدة أقسام منفصلة ، وإضافة مناطقها معا (على سبيل المثال ، الشكل 6 ب). بدلا من ذلك ، يمكنك تحديد أقسام متعددة في وقت واحد عن طريق تحديد قسم ثان باستخدام أداة العصا أثناء الضغط على مفتاح Shift .
    2. سجل المنطقة والمحيط تحت منطقة الشفرة الأولية ومحيط الشفرة الأولية في جدول بيانات إدخال البيانات.
    3. قياس شفرة الخام الداخلية. حدد الجزء الداخلي من الشفرة الخام الداخلية (أي الورقة المعدة لقياسات الأسنان التي أزيلت الأسنان ؛ الشكل 6 ب). يجب أن تكون محددة باللون الأصفر. قم بإجراء القياسات بالنقر فوق تحليل > قياس أو باستخدام الاختصار.
      ملاحظة: اعتمادا على كيفية تحضير الورقة ، قد يكون من الضروري قياس عدة أقسام منفصلة ، وإضافة مناطقها معا (على سبيل المثال ، الشكل 6 ب). بدلا من ذلك ، يمكنك تحديد أقسام متعددة في وقت واحد عن طريق تحديد قسم ثان باستخدام أداة العصا أثناء الضغط على مفتاح Shift .
    4. سجل المنطقة والمحيط أسفل منطقة الشفرة الأولية الداخلية ومحيط الشفرة الخام الداخلي في جدول بيانات إدخال البيانات.
    5. قياس طول محيط القطع. قم بإزالة الحد لرؤية الورقة بوضوح ، انقر فوق إعادة تعيين في مربع الحد أو انقر فوق تحرير > تراجع - عادة ما يزيل الأخير أيضا تحويل 8 بت بالأبيض والأسود. حدد أداة الخط المجزأ وتتبع الطول الكامل لمحيط القطع على الشفرة الخام.
    6. قم بالقياس بالنقر فوق تحليل > قياس أو باستخدام الاختصار. إذا كانت هناك أجزاء متعددة ، كرر الخطوات السابقة لقياس طول محيط القطع لكل جزء. سجل الطول، أو مجموع الأطوال، تحت طول محيط القطع في جدول بيانات إدخال البيانات.
      ملاحظة: يتم إدخال محيط القطع من خلال تحضير الورقة عن طريق إزالة التلف. في معظم الحالات ، يختلف هذا عن المحيط الأوسط الاصطناعي (الشكل 6 ب).
    7. عد الأسنان الأولية والفرعية ، إن وجدت.
      ملاحظة: انظر الشكل التكميلي 2 للحصول على نصائح حول كيفية التمييز بين الأسنان اللبنية والفرعية.
      1. إذا لم تتم إزالة الحد بالفعل، فقم بإزالته الآن. لإزالة الحد، انقر على إعادة تعيين في مربع الحد أو انقر على تعديل > تراجع—عادة ما يزيل الأخير أيضا التحويل بالأبيض والأسود 8 بت.
      2. احسب عدد الأسنان اللبنية (انظر الشكل التكميلي 2 للحصول على نصائح حول كيفية التمييز بين الأسنان اللبنية والفرعية). حدد أداة النقاط المتعددة. قد يكون من الضروري النقر بزر الماوس الأيمن فوق أداة النقطة أولا ، لتحديد الأداة متعددة النقاط. انقر على كل سن أساسي لترقيمه.
      3. لإزالة نقطة محددة عن طريق الخطأ، اضغط على مفتاح Alt (نظام التشغيل Windows) أو الأوامر/cmd أو الخيار (في Mac OS) أثناء النقر فوق النقطة في نفس الوقت. سجل الرقم النهائي تحت # من الأسنان اللبنية في جدول بيانات إدخال البيانات.
      4. امسح عدد الأدوات متعددة النقاط والتعليقات التوضيحية بالنقر فوق تحرير > التحديد > تحديد بلا أو استخدام اختصار لوحة المفاتيح.
      5. احسب العدد الإجمالي للأسنان (أي جميع الأسنان الأولية والفرعية الموجودة على الورقة). حدد أداة النقاط المتعددة. قد يكون من الضروري النقر بزر الماوس الأيمن فوق أداة النقطة أولا ، لتحديد الأداة متعددة النقاط. انقر فوق كل سن ، بما في ذلك السن الأساسي والفرعي ، لترقيمه.
        ملاحظة: يضمن حساب العدد الإجمالي للأسنان ، بدلا من عدد الأسنان الفرعية ، عدم عد الأسنان مرتين. يتم طرح العدد الإجمالي للأسنان بعدد الأسنان اللبنية لتحديد عدد الأسنان الفرعية (انظر الخطوة 3.11.7.6).
      6. لإزالة نقطة محددة عن طريق الخطأ، اضغط على مفتاح Alt (نظام التشغيل Windows) أو الأوامر/cmd أو الخيار (في Mac OS) أثناء النقر فوق النقطة في نفس الوقت. اطرح عدد الأسنان اللبنية من إجمالي عدد الأسنان لتحديد عدد الأسنان الفرعية. سجل هذا تحت # من الأسنان الفرعية في جدول بيانات إدخال البيانات.
        ملاحظة: يفضل بعض المستخدمين إجراء تعداد الأسنان عند تحضير صور الأوراق بدلا من القياس.

4. تشغيل التحليلات في برنامج R

ملاحظة: تتطلب الخطوات التالية حزمة R dilp11. تتم قراءة جدول بيانات إدخال البيانات في R واستخدامه بواسطة الحزمة. راجع علامة التبويب تعليمات إضافية في جدول بيانات إدخال البيانات (الملف التكميلي 2). يمكن أن يستوعب البرنامج النصي R تحليل مواقع متعددة في وقت واحد أو موقع واحد.

  1. افتح R باستخدام بيئتك المفضلة (يوصى باستخدام R Studio). للاطلاع على مقدمة عن R، انظر، على سبيل المثال، https://cran.r-project.org/doc/manuals/r-release/R-intro.pdf.
  2. قم بتثبيت حزمة dilp في جلسة R الخاصة بك. راجع موقع ويب التالي للحصول على مزيد من المعلومات حول كيفية تثبيت الحزمة وتشغيل الوظائف المقترنة بها: https://cran.r-project.org/package=dilp
  3. اقرأ في ملف .csv الذي يحتوي على بيانات سمة أوراق كاسيات البذور الخشبية الأحفورية (أي البيانات المسجلة في جدول بيانات إدخال البيانات).
  4. قم بتشغيل الدالة dilp() لمتوسط درجة الحرارة السنوية (MAT) ومتوسط إعادة بناء هطول الأمطار السنوي (MAP) مع الخطأ المقترن. يتم الإبلاغ عن نتائج MAT و MAP من نموذج الانحدار الخطي المتعدد (MLR ؛ أي DiLP) ونموذجين للانحدار الخطي الفردي (SLR ؛ أي تحليل مساحة الورقة والهامش). قم بتشغيل الدالة lma() لإعادة بناء كتلة الورقة لكل منطقة (MA) على مستوى النمط المورفولوجي والموقع.
  5. بعد تشغيل dilp() ، يوصى بالتحقق من مشكلات جمع البيانات المحتملة وتأكيد جودة البيانات من خلال النظر إلى القيم المتطرفة وكائنات الخطأ في نتائج dilp () التي تم إرجاعها. بدلا من ذلك ، استخدم الدالة dilp_processing () متبوعة ب dilp_outliers () و dilp_errors (). عالج أي مشكلات تم الإبلاغ عنها من خلال الرجوع إلى العينة المعدة وربما إعادة قياسها. يوصى بتحرير ملف البيانات الأصلي ثم إعادة قراءته مرة أخرى إلى R.
  6. حدد ما إذا كان الموقع الأحفوري يقع ضمن الفضاء الفيزيولوجي متعدد المتغيرات لمجموعة بيانات المعايرة باستخدام الدالة dilp_cca ().

النتائج

تم استخدام مجموعة بيانات منشورة سابقا لقياسات علم فراسة الأوراق من موقع حفريات Eocene McAbee المبكر في جنوب وسط كولومبيا البريطانية لتقديم مثال على النتائج التمثيلية باستخدام كل من طرق إعادة بناء علم فراسة الأوراق الرقمي (DiLP) وكتلة الورقة لكل منطقة (MA) (Lowe et al.38; البيانات المقدمة في الملف التكميلي 2). يوفر الموقع فرصة لإعادة بناء المناخ القديم وعلم البيئة القديمة خلال الفترة الأكثر دفئا من Cenozoic (العصر الأمثل المناخي المبكر في العصر الأيوسيني) في المرتفعات والمناظر الطبيعية البركانية38،45،46،47. تم أخذ عينات من التجمعات الأحفورية من أفقين منفصلين في تسلسل لاكوسترين ، يسمى H1 (سمك 28 سم) و H2 (سمك 27 سم) ، مجمعة على نطاق ضيق من الطبقات باستخدام تقنية التعداد ، حيث تم جمع جميع العينات التي يمكن تعيين نمط مورفوغرافي لها أو عدها38,48.

اجتازت البيانات الفسيولوجية لأوراق McAbee عمليات التحقق من الأخطاء التي تم وضع علامة عليها بواسطة dilp_errors () ، وتم التحقق مرة أخرى من سبعة قيم متطرفة تم وضع علامة عليها بواسطة dilp_outliers () للتأكد من أن القيم تمثل تباينا حقيقيا في البيانات وليس خطأ منهجيا. تم تشغيل البيانات لاحقا من خلال دالة dilp () لإنتاج المناخ القديم ودالة lma () لإعادة بناء كتلة الأوراق لكل منطقة.

تم الإبلاغ عن عمليات إعادة البناء MA والحدود الدنيا والعليا لفترات التنبؤ البالغة 95٪ في الجدول 4 على مستوى الأنواع والموقع ، باستخدام المعادلات المقدمة في Royer et al.5 و Butrim et al.10. تقع القيم المعاد بناؤها ضمن نطاق MA النموذجي للأنواع الأرضية الحديثة (30-330 جم / م2)49. باستخدام العتبات التي تمت مناقشتها في Royer et al.5 ، فإن معظم الأنواعلديها M A أعيد بناؤه والذي يتماشى مع فترات حياة الأوراق البالغة < سنة (≤87 جم / م2) ، وبعضها ~ سنة واحدة (88-128 جم / م2) ، في حين أن أيا منها لا نموذجي لعام > واحد (≥129 جم / م2). تعكس عمليات إعادة بناء الموقع MA المتوسط والتباين في McAbee انتشار وتنوع الاستراتيجيات الاقتصادية للأوراق في موقع10,50. لا توجد فروق ملحوظة بين متوسط الموقع والتباين بين H1 و H2 ، وبالتالي ، لا يوجد دليل على أن تكوين وتنوع الاستراتيجيات الاقتصادية للأوراق يختلف بين النقطتين الزمنيتين. بالإضافة إلى ذلك ، كانت عمليات إعادة بناء متوسط الموقع التي تم إجراؤها باستخدام معادلات Royer et al.5 و Butrim et al.10 متشابهة جدا.

يبين الجدول 5 عمليات إعادة بناء متوسط درجة الحرارة السنوية (MAT) ومتوسط هطول الأمطار السنوي (MAP) باستخدام الانحدار الخطي المتعدد (DiLP) والانحدار الخطي الفردي (تحليلات هامش الورقة ومساحة الأوراق) المعروضة في Peppe et al.6. يتم الاستدلال على تقديرات المناخ القديم بشكل موثوق إذا كان علم فراسة الأوراق لتجمعات الأوراق الأحفورية يحدث داخل الفضاء الفسيولوجي لمجموعة بيانات المعايرة. يتم تقييم ذلك من خلال خطوة تحليل تحليل المراسلات المتعارف عليها (CCA) التي تقوم بها الوظيفة dilp_cca (). يقع كل من McAbee H1 و H2 ضمن نطاق علم فراسة الأوراق الذي لوحظ في مجموعة بيانات المعايرة (الشكل 7 أ). إذا كانت المواقع قد أعيد بناؤها بقيم تقع خارج مساحة المعايرة ، فيجب تفسير عمليات إعادة بناء المناخ القديم بحذر (على سبيل المثال ، من خلال المقارنة مع خطوط الأدلة المستقلة ؛ انظر Peppe et al.6 لمزيد من المناقشة). تتوافق MAT و MAP المعاد بناؤها لكل من H1 و H2 مع المنطقة الأحيائية الموسمية المعتدلة (الشكل 7B ، C) ، والتي تتفق جيدا مع خطوط الأدلة المستقلة ، بما في ذلك أقرب الاستدلالات القائمة على الأقارب الأحياء لكل من مجتمعات الأزهار والحشرات الأحفورية في McAbee45.

figure-results-4150
الشكل 1: علم فراسة الأوراق والمصطلحات المعمارية في جميع أنحاء هذه المقالة. (أ) ورقة ذات عروق ريشية الشكل وغير مفصصة وكاملة الحواف ، ب: ورقة ذات عروق نخفية وغير مفصصة ومسننة ، ج: ورقة ذات عروق ريشية الشكل ومفصصة وكاملة الحواف ، د: ورقة ذات عروق نخفية ومفصصة ومسننة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-4824
الشكل 2: مخطط انسيابي للطريقة. مخطط انسيابي يوضح كيف تحدد ظروف حفظ الأوراق المختلفة وأنواع الأوراق النوع العام لسمات الأوراق التي يمكن قياسها بشكل موثوق (الصندوق الأصفر). يحدد هذا سيناريو الإعداد الذي سيتم اتباعه في البروتوكول ، وفي أي أعمدة سيتم إدخال البيانات في جدول بيانات إدخال البيانات (النقاط). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-5467
الشكل 3: سيناريوهات التحضير المختلفة. سيناريوهات إعداد مختلفة توضح أمثلة على الصور المكتملة المعدة رقميا والجاهزة لمرحلة القياس. (أ) السيناريو 1 ، الورقة الهامشية بأكملها التي لا يمكن إعادة بناء مساحتها أو نصف مساحتها ، (ب) السيناريو 5 ، الورقة المسننة التي لا يمكن إعادة بناء مساحتها أو نصف مساحتها ولا تحتوي على ≥2 أسنان متتالية و / أو ≥25٪ من الورقة المحفوظة ، (ج) السيناريو 2 ، الورقة الهامشية بأكملها التي يتم الحفاظ على مساحتها أو نصف مساحتها أو يمكن إعادة بنائها ، (د) السيناريو 3، ورقة مسننة لا يمكن إعادة بناء مساحتها أو نصف مساحتها، ولكن بها ≥2 أسنان متتالية و ≥25٪ من الورقة محفوظة، ه: السيناريو 4، ورقة مسننة يتم الحفاظ على مساحتها أو نصف مساحتها أو يمكن إعادة بنائها. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-6575
الشكل 4: رسم توضيحي لإزالة الضرر. توضيح كيفية قطع الهامش التالف ، ومنطقة الورقة المجاورة لذلك الهامش التالف. توضح الخطوط الحمراء المتقطعة كيفية إجراء التحديدات باستخدام أداة lasso. لاحظ أن حدود الضرر بدأت عمدا في الجيوب الأنفية للأسنان اللبنية (انظر الشكل التكميلي 2 للمساعدة في التمييز بين الأسنان الأولية والأسنان الفرعية). (أ) ورقة ذات عروق ريشية الشكل تمتد إلى الوريد الأوسط. (ب) ورقة ذات عروق نخفية؛ حيث يمتد الانتقاء إلى أقرب وريد أولي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-7410
الشكل 5: توضيح مثال على كيفية قص الأسنان. (أ) توضح الخطوط الحمراء المتقطعة كيفية إجراء التحديدات باستخدام أداة الحبل. لاحظ أنه في هذه الحالة ، تكون الأسنان مركبة ، لذلك تم إجراء الاختيارات بين الجيوب الأنفية الأولية فقط (انظر الشكل التكميلي 2 للمساعدة في التمييز بين الأسنان الأولية والأسنان الفرعية) ، (ب) منظور مكبر لكيفية اختيار الأسنان ، مع نقاط حمراء تمثل مكان النقر بالماوس أثناء الاختيار ، (ج) نسخة الورقة عند إزالة الأسنان. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-8251
الشكل 6: رسم توضيحي لسيناريو الإعداد 4. رسم توضيحي لقرارات التحضير وخطوات القياس لورقة مثال تم إعدادها في السيناريو 4. (أ) سيناريو التحضير حيث تقرر أن نصف الورقة توفر قياسات شكل الورقة ومساحتها الأكثر موثوقية ، وتم تضمين الهوامش المحفوظة على كلا النصفين الإنسي لقياسات الأسنان. (ب) مثال يوضح المتغيرات التي تقاس على المكونات المختلفة للورقة المحضرة. يبرز النص الغامق القياسات اللازمة لتحليلات DiLP و MA ، بينما يبرز النص غير الغامق (محيط الشفرة ، والحد الأدنى من Feret ، والمحيط الأوسط الاصطناعي) القياسات غير المطلوبة ولكنها مفيدة للتوصيف الفسيولوجي الإضافي (على سبيل المثال ، عامل الشكل والاكتناز ؛ الجدول 1). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-9279
الشكل 7: النتائج التمثيلية. نتائج من أفقين أحفوريين (H1 و H2) تم أخذ عينات منها في أسرة إيوسين مكابي الأحفورية المبكرة من Lowe et al.38. (أ) تحليل المراسلات الكنسي الذي يوضح تمثيل علم فراسة الأوراق متعدد المتغيرات في مجموعة بيانات المعايرة. بيانات المعايرة مأخوذة من Peppe et al.6. علم الفراسة الورقي لأفق McAbee مغطى ويحدث داخل مساحة المعايرة. (B و C) تقديرات درجة الحرارة وهطول الأمطار ، وعدم اليقين المرتبط بها (الأخطاء المعيارية للنماذج) ، باستخدام المعادلات المعروضة في Peppe et al.6 لأفقي McAbee المتراكبين على مخطط Whittaker Biome. (ب) التقديرات المعاد بناؤها باستخدام نماذج الانحدار الخطي المتعدد (MLR) لعلم فراسة الأوراق الرقمية (DiLP) ، (ج) التقديرات المعاد بناؤها باستخدام تحليل مساحة الورقة (LAA) وتحليل هامش الورقة (LMA) معادلات الانحدار الخطي الفردي (SLR) لأفق McAbee المتراكب على مخطط Whittaker Biome. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الجدول 1: المتغيرات الفسيولوجية للأوراق. المتغيرات التي يتم قياسها و / أو حسابها وتطبيقها في النماذج التنبؤية باستخدام هذا البروتوكول لإعادة بناء الكتلة الجافة للأوراق لكل منطقة (MA) ، ومتوسط درجة الحرارة السنوية (MAT) ، ومتوسط هطول الأمطار السنوي (MAP). تمت إعادة بناء MAT و MAP باستخدام المعادلات المقدمة في Peppe et al.6 باستخدام نهج متعدد المتغيرات لعلم فراسة الأوراق الرقمي (DiLP) والنهج أحادية المتغير لتحليل هامش الأوراق (LMA) وتحليل مساحة الأوراق (LAA). لا يتم استخدام المتغيرات المدرجة على أنها أخرى في تحليلات MA و DiLP و LMA و LAA ولكن لا يزال يتم قياسها وحسابها باستخدام هذا البروتوكول لأنها سهلة التنفيذ وتوفر توصيفات مفيدة لعلم فراسة الأوراق. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الجدول.

الجدول 2: اعتبارات وشروح إضافية لخطوات التحضير. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الجدول.

الجدول 3: اعتبارات وشروح إضافية لقياس الخطوات. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الجدول.

الجدول 4: إعادة بناء الكتلة الجافة للأوراق لكل منطقة (MA) والحدود العليا والسفلى المرتبطة بفترات التنبؤ بنسبة 95٪ لأسرة McAbee الأحفورية من Lowe et al.38. يتم إجراء عمليات إعادة البناء للنمط المورفولوجيالمتوسط 5 ، ومتوسط الموقع 5,10 ، وتباين الموقع10. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الجدول.

الجدول 5: إعادة بناء متوسط الاعتدال السنوي (MAT) ومتوسط هطول الأمطار السنوي (MAP) للأفق 1 (H1) و 2 (H2) في أوائل أسرة إيوسين مكابي الأحفورية باستخدام الانحدارات الخطية المتعددة (MLR) لعلم فراسة الأوراق الرقمية (DiLP) والانحدار الخطي الفردي (SLR) لتحليل هامش الأوراق (LMA) وتحليل مساحة الأوراق (LAA) المقدم في Peppe et al.6. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الجدول.

الشكل التكميلي 1: ورقة Quercus rubra من غابة هارفارد توضح قاعدة الفص مقابل الأسنان. يتم تعريف مقاطع الخط p و d في النص. أشرطة المقياس = 1 سم. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الشكل التكميلي 2: أوراق بيتولا لوتيا من غابة هارفارد توضح قواعد التمييز بين الأسنان الفرعية والأسنان اللبنية. تم تكبير جزء الورقة المعزولة 2X. يربط الخط الأزرق الجيوب الأنفية بأكبر درجة من الشق (أي الجيوب الأنفية الأولية) ، وتعتبر الأسنان المرتبطة بهذه الجيوب الأنفية أولية (الأسهم الزرقاء). تشير النقاط الحمراء إلى الأسنان التي يمكن تمييزها كفرع لأن الجيوب الأنفية القمية مقطوعة بدرجة أقل. الأسنان التي تشير إليها الأسهم الحمراء لها درجة مماثلة من الشق مقارنة بالأسنان اللبنية ولكن يمكن تحديدها على أنها فرعية بواسطة الوريد الرئيسي المقاس أرق نسبيا مقارنة بالأسنان الأولية. أشرطة المقياس = 1 سم. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الشكل التكميلي 3: توضيح لاختيار السن، وقاعدة الفص الريشي، وقاعدة أولوية الفص. (أ) اختيار الأسنان لورقة هاماميليس فيرجينيانا من محمية هويك. تتوافق المناطق المظلمة مع أنسجة الأوراق التي يتم تضمينها في اختيار الأسنان الكلي لأن الأسنان الفرعية متمايزة عن الأسنان الأولية. (ب) توضح ورقة Quercus alba من IES قاعدة أولوية الفص. تقاس المناطق المظلمة على أنها فصوص ، ويتم قياس المناطق غير المظلمة كأسنان ، ولكن جميع النتوءات تعتبر فصوص عبر قاعدة أولوية الفص. أشرطة المقياس = 1 سم. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الشكل التكميلي 4: أوراق Acer saccharum من غابة Allegheny الوطنية توضح قواعد التمديد والأسنان الانفرادية. الخطوط المتقطعة تصور اختيارات الأسنان. يصور الخط المتصل محور التماثل للسن المرتبط. المنطقة السوداء هي وزن يستخدم لتسطيح الأوراق للتصوير الفوتوغرافي. أشرطة المقياس = 1 سم. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الشكل التكميلي 5: توضيح الطريقة المثالية لقطع سويقات موضوعة أعلى قاعدة قلبية. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 1: نموذج إدخال البيانات لجميع متغيرات علم فراسة الأوراق الرقمية المقاسة. لا ينبغي تعديل هذا الملف ، حيث سيتم استخدامه كملف إدخال لحزمة R. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 2: مثال على البيانات من أسرة McAbee الأحفورية من Lowe et al.38. تم استخدام هذه البيانات لتوليد الشكل 7 ولمناقشة النتائج التمثيلية. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 3: وثيقة قواعد لعلم فراسة الأوراق الرقمية الأحفورية. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

Discussion

تقدم هذه المقالة كيف يمكن قياس السمات المستمرة لعلم فراسة الأوراق على الأوراق الأحفورية لكاسيات البذور ثنائية البذور الخشبية وتطبيقها لاحقا على الوكلاء الذين تم تطويرهم من بيانات المعايرة الحديثة لإعادة بناء المناخ القديم وعلم البيئة القديمة. وهذا يتطلب توخي الحذر لمواءمة الخطوات المنهجية مع تلك الممثلة في مجموعات بيانات معايرة الوكيل5،6،10. يبدأ هذا الاعتبار قبل تطبيق هذا البروتوكول أثناء جمع الأوراق الأحفورية ، خاصة فيما يتعلق بحجم العينة. يوصى بتجميع مجموعات الأوراق الأحفورية عبر نطاق ضيق من الطبقات قدر الإمكان للحصول على عدد مناسب من العينات والأنماط المورفولوجية القابلة للقياس لتقليل متوسط الوقت. يوصى أيضا بقصر إعادة بناء المناخ القديم على المواقع التي تحتوي على 350 عينة يمكن التعرف عليها على الأقل وما لا يقل عن 15-20 نمطا مورفيا خشبيا لكاسيات البذور19،51،52. علاوة على ذلك ، عند اختيار الأوراق للتحليلات ، يوصى بقياس أكبر عدد ممكن من الأوراق لكل نمط مورفوتي ، وعلى الأقل ، اختيار العينات التي تمثل تباين علم فراسة الأوراق داخل النمط المورفولوجي.

يجب توخي مزيد من الحذر أثناء تنفيذ أقسام التحضير والقياس لتظل متسقة مع مجموعة بيانات المعايرة. الخطوات التي يتم تنفيذها خلال مراحل الإعداد لديها أكبر إمكانات للذاتية والنتائج المتنوعة بين المستخدمين. ومع ذلك ، إذا تم اتباع البروتوكول عمدا وتم الرجوع إلى جداول الاعتبارات الإضافية (الجدول 2 ، الجدول 3) ووثيقة القواعد (الملف التكميلي 3) في كثير من الأحيان ، فإن هذه الطريقة تؤدي إلى قياسات موضوعية وقابلة للتكرار لعلم فراسة الأوراق. بالنسبة للمستخدمين الجدد على الطريقة ، يقترح تأكيد أن الأوراق قد تم إعدادها بشكل صحيح مع شخص لديه خبرة أكبر. يجب توخي الحذر بشكل خاص عند قياس عرض السويقة لإعادة بناء MA . نظرا لأن هذه القيم مربعة ، فإن عدم الدقة في القياسات سيصبح مبالغا فيه. يمكن أن يؤدي الحفظ والضرر غير المكتمل إلى تغيير أبعاد السويقات ويجب تجنبها بعناية.

هناك بعض القيود على هذه الأساليب الجديرة بالملاحظة. الأهم من ذلك ، أن عمليات إعادة البناء بالوكالة المضمنة في حزمة dilp R مخصصة لكاسيات البذور ثنائية الفلقة الخشبية فقط ، وبالتالي ، قد تستبعد مجموعات نباتية أخرى كانت مكونات بارزة في المجتمعات القديمة. ومع ذلك ، تم نشر وكلاء إضافيين قائمين على سويقات الأوراق لمستوى الأنواع MA لعاريات البذور المصقولة وعريضة الأوراق 5,8 ، وكاسيات البذورالعشبية 8 ، والسراخس9 ، والتي يمكن للمستخدم دمجها بشكل منفصل إذا رغب في ذلك. من المحتمل أن يكون استبعاد المجموعات النباتية البارزة في المجتمعات خارج كاسيات البذور ثنائية الزهر الخشبية هو الأكثر تأثيرا على إعادةبناء متوسط وتباين M A على مستوى الموقع ، حيث سيوفران منظورا غير مكتمل للاستراتيجيات الاقتصادية داخل المجتمع بأكمله. يؤثر تاريخ النشوء والتطور على حدوث أسنان الأوراق23 ، مما يؤدي إلى إمكانية أن يؤدي تحليل المجتمعات الأحفورية ذات التركيب التصنيفي الجديد إلى نقل عدم اليقين في التقديرات الناتجة ، على الرغم من أن إدراك هذا التأثير المحتمل لم يتم اختباره وإثباته بعد.

تحتاج الأوراق الأحفورية أيضا إلى الحفاظ عليها بشكل كاف لدمج القياسات الكمية لعلم فراسة الأوراق خارج حالة الهامش. بالنسبة ل DiLP ، ينطبق هذا بشكل خاص على الأوراق ذات الحواف الكاملة ، حيث يمكنها فقط المساهمة بمعلومات تتجاوز حالة الهامش إذا تم الحفاظ على الورقة بأكملها ، أو نصف الورقة ، أو يمكن إعادة بنائها. وبالمثل ، لا يمكن دمج الأوراق في عمليات إعادة البناء MA إلا إذا (1) تم الحفاظ على كل من سويقاتها عند إدخالها في نصل الورقة أو ، في حالات محددة ، إذا تم الحفاظ على قاعدة الورقة والجزء القاعدي من الوريد الأوسط (انظر الملاحظة في الخطوة 3.6) ، و (2) إذا كان من الممكن تقدير حجم الورقة ، إما من خلال قياس الورقة الكاملة أو إعادة بناء نصف ورقة. وهذا يعني أنه يمكن استبعاد بعض الأنماط الشكلية تماما من تحليلات MA على مستوى الموقع. أخيرا ، يعد الوقت قيدا على هذا البروتوكول ، حيث تستغرق البدائل أحادية المتغير لإعادة بناء المناخ القديم وقتا أقل نسبيا لإنتاجها.

على الرغم من هذه القيود ، لا يزال استخدام طرق إعادة الإعمار DiLP و MA يتمتع بالعديد من المزايا مقارنة بالطرق الأخرى. تعد عمليات إعادة البناء MA واحدة من الطرق الوحيدة لإعادة بناء الاستراتيجيات الاقتصادية للأوراق في السجل الأحفوري ، ويسمح استخدام قياسات عرض السويقات ثنائية الأبعاد ومساحة الأوراق بإجراء عمليات إعادة البناء باستخدام أحافير أوراق الانطباع / الضغط الشائعة. بالنسبة ل DiLP ، فإن دمج القياسات المستمرة المتعددة المرتبطة وظيفيا بالمناخ يحسن من قابلية استنساخ القياسات ودقة عمليات إعادة بناء المناخ الناتجة 6,13. تم تصميم هذا البروتوكول لاستيعاب الطبيعة غير المكتملة للسجل الأحفوري من خلال السماح بإجراء قياسات أسنان الأوراق باستخدام شظايا الأوراق. على الرغم من أن القياسات المستمرة لمنطقة الأوراق توفر مزيدا من المعلومات حول حجم الورقة ، إلا أنه يمكن استكمال تقديرات DiLP MAP بأولئك الذين يستخدمون فئات حجم الأوراق في محاولة لزيادة حجم العينة16,53 أو من خلال دمج تقديرات تحجيم الوريد لمساحة الورقة 42,54,55. كما هو الحال مع معظم الطرق المعنية ، ستتحسن كفاءة الوقت لهذا البروتوكول عندما يصبح المستخدم أكثر خبرة وثقة ، لا سيما في خطوات الإعداد. حقيقة أن قياسات DiLP على مستوى الموقع قد تم إجراؤها وفقا لهذا البروتوكول ل >150 الحديثة6،10،56 وما لا يقل عن 22 مجموعة أحفورية حتى الآن تشهد على جدواها6،38،39،40،41،42. أخيرا ، القياسات الشاملة لعلم فراسة الأوراق لها تطبيقات تتجاوز تلك التي تمت مناقشتها هنا وقد تكون مفيدة في وصف الجوانب الأخرى لبيئة النبات وعلم وظائف الأعضاء والتطور والتطور ، مع التطبيق على كل من الدراساتالحديثة 56 وpaleo 40.

باختصار ، يسمح تنفيذ الطرق المفصلة في هذه المقالة للمستخدم بإعادة بناء المناخ القديم وعلم البيئة القديمة باستخدام طرق قوية وقابلة للتكرار. وتوفر هذه الأساليب فرصة هامة لعرض الأمثلة السابقة لاستجابات المناخ والنظم الإيكولوجية للاضطرابات البيئية ولتقديم مزيد من التبصر في التفاعلات المعقدة للنظم الطبيعية للأرض.

Disclosures

اي.

Acknowledgements

تشكر AJL فريق Team Leaf الجامعي 2020-2022 في جامعة واشنطن على الدافع والاقتراحات لإعداد مواد تدريبية فعالة ل DiLP. تشكر AGF و AB و DJP و DLR العديد من الطلاب الجامعيين في جامعة ويسليان وجامعة بايلور الذين قاموا بقياس الأوراق الحديثة والأحفورية والذين كانت مدخلاتهم لا تقدر بثمن في تعديل وتحديث هذا البروتوكول. يعترف المؤلفون بمجموعة عمل السمات الكمية PBot وفريق PBOT لتشجيع العمل لإضفاء الطابع الرسمي على هذا البروتوكول لجعله في متناول المجتمعات الأوسع. تم دعم هذا العمل من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم (منحة EAR-0742363 إلى DLR ، منحة EAR-132552 إلى DJP) وجامعة بايلور (برنامج تطوير الباحثين الشباب إلى DJP). نشكر اثنين من المراجعين المجهولين ومحرر المراجعة على التعليقات التي ساعدت في تحسين وضوح وشمولية هذا البروتوكول.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Copy stand or tripodFor fossil photography
Digital cameraFor fossil photography, high resolution camera preferred
Image editing software For digital preperation. Examples include Adobe Photoshop and GIMP, the latter of which is free (https://www.gimp.org/)
ImageJ softwareIJ1.46prFor making digital measurments, free software (https://imagej.net/ij/index.html)
Microsoft ExcelMicrosoftOr similar software for data entry
R softwareThe R foundationFor running provided R script (https://www.r-project.org/). R studio offers a user friendly R enviornment (https://posit.co/download/rstudio-desktop/). Both are free.
dilp R PackageCan be installed following instructions here: https://github.com/mjbutrim/dilp

References

  1. Gates, D. M. Transpiration and leaf temperature. Ann Rev Plant Physiol. 19 (1), 211-238 (1968).
  2. Givnish, T. On the adaptive significance of leaf form. Topics Plant Pop Biol. , 375-407 (1979).
  3. Niklas, K. J. . Plant biomechanics: an engineering approach to plant form and function. , (1992).
  4. Niklas, K. J. . Plant Allometry: The Scaling of Form and Process. , (1994).
  5. Royer, D. L., et al. Fossil leaf economics quantified: Calibration, Eocene case study, and implications. Paleobiology. 33 (4), 574-589 (2007).
  6. Peppe, D. J., et al. Sensitivity of leaf size and shape to climate: global patterns and paleoclimatic applications. New Phytol. 190 (3), 724-739 (2011).
  7. Wright, I. J., et al. The worldwide leaf economics spectrum. Nature. 428 (6985), 821-827 (2004).
  8. Royer, D. L., Miller, I. M., Peppe, D. J., Hickey, L. J. Leaf economic traits from fossils support a weedy habit for early angiosperms. Am J Botany. 97 (3), 438-445 (2010).
  9. Peppe, D. J., et al. Biomechanical and leaf-climate relationships: a comparison of ferns and seed plants. Am J Botany. 101 (2), 338-347 (2014).
  10. . dilp: Reconstruct paleoclimate and paleoecology with leaf physiognomy. R package version 1.1.0 Available from: https://cran.r-project.org/web/packages/dilp/index.html (2024)
  11. Bailey, I. W., Sinnott, E. W. A botanical index of Cretaceous and Tertiary climates. Science. 41 (1066), 831-834 (1915).
  12. Bailey, I. W., Sinnott, E. W. The climatic distribution of certain types of angiosperm leaves. Am J Botany. 3 (1), 24-39 (1916).
  13. Peppe, D. J., Baumgartner, A., Flynn, A. G., Blonder, B. Reconstructing paleoclimate and paleoecology using fossil leaves. Meth Paleoecol: Reconstructing Cenozoic Terre Environ Ecol Comm. , 289-317 (2018).
  14. Wolfe, J. A. . Temperature parameters of humid to mesic forests of eastern Asia and relation to forests of other regions of the Northern Hemisphere and Australasia. , (1979).
  15. Wilf, P. When are leaves good thermometers? A new case for Leaf Margin Analysis. Paleobiology. 23 (3), 373-390 (1997).
  16. Wilf, P., Wing, S. L., Greenwood, D. R., Greenwood, C. L. Using fossil leaves as paleoprecipitation indicators: An Eocene example. Geology. 26 (3), 203-206 (1998).
  17. Miller, I. M., Brandon, M. T., Hickey, L. J. Using leaf margin analysis to estimate the mid-Cretaceous (Albian) paleolatitude of the Baja BC block. Earth Planetary Sci Lett. 245 (1), 95-114 (2006).
  18. Wing, S. L., Greenwood, D. R. Fossils and fossil climate: The case for equable continental interiors in the Eocene. Philosophical Transact: Biol Sci. 341 (1297), 243-252 (1993).
  19. Wolfe, J. A. A method of obtaining climatic parameters from leaf assemblages. U S Geol Sur. (2040), 1-71 (1993).
  20. Huff, P. M., Wilf, P., Azumah, E. J. Digital future for paleoclimate estimation from fossil leaves? Preliminary results. Palaios. 18 (3), 266-274 (2003).
  21. Spicer, R. A. Recent and future developments of CLAMP: Building on the legacy of Jack A. Wolfe. Adv Angiosperm Paleobotany Paleoclimatic Reconstruct. 258, 109-118 (2007).
  22. Yang, J., Spicer, R. A., Spicer, T. E. V., Li, C. S. CLAMP Online': a new web-based palaeoclimate tool and its application to the terrestrial Paleogene and Neogene of North America. Palaeobiodivers Palaeoenviron. 91 (3), 163-183 (2011).
  23. Little, S. A., Kembel, S. W., Wilf, P. Paleotemperature proxies from leaf fossils reinterpreted in light of evolutionary history. PLoS One. 5 (12), e15161 (2010).
  24. Webb, L. J. A physiognomic classification of Australian rain forests. J Ecol. 47 (3), 551-570 (1959).
  25. Schmerler, S. B., et al. Evolution of leaf form correlates with tropical-temperate transitions in Viburnum (Adoxaceae). Proc Royal Soci B: Biol Sci. 279 (1744), 3905-3913 (2012).
  26. Nicotra, A. B., et al. The evolution and functional significance of leaf shape in the angiosperms. Funct Plant Biol. 38 (7), 535-552 (2011).
  27. Leigh, A., Sevanto, S., Close, J. D., Nicotra, A. B. The influence of leaf size and shape on leaf thermal dynamics: does theory hold up under natural conditions. Plant Cell Environ. 40 (2), 237-248 (2017).
  28. Wright, I. J., et al. Global climatic drivers of leaf size. Science. 357 (6354), 917-921 (2017).
  29. Givnish, T. J. Leaf and canopy adaptations in tropical forests. Physiol Ecol Plants Wet Tropics. 12, 51-84 (1984).
  30. Feild, T. S., Sage, T. L., Czerniak, C., Iles, W. J. Hydathodal leaf teeth of Chloranthus japonicus (Chloranthaceae) prevent guttation-induced flooding of the mesophyll. Plant, Cell Environ. 28 (9), 1179-1190 (2005).
  31. Royer, D. L., Wilf, P. Why do toothed leaves correlate with cold climates? Gas exchange at leaf margins provides new insights into a classic paleotemperature proxy. Int J Plant Sci. 167 (1), 11-18 (2006).
  32. Edwards, E. J., Spriggs, E. L., Chatelet, D. S., Donoghue, M. J. Unpacking a century-old mystery: Winter buds and the latitudinal gradient in leaf form. Botanical Soc Am. 103 (6), 975-978 (2016).
  33. Givnish, T. J., Kriebel, R. Causes of ecological gradients in leaf margin entirety: Evaluating the roles of biomechanics, hydraulics, vein geometry, and bud packing. Am J Botany. 104 (3), 354-366 (2017).
  34. Royer, D. L., Wilf, P., Janesko, D. A., Kowalski, E. A., Dilcher, D. L. Correlations of climate and plant ecology to leaf size and shape: potential proxies for the fossil record. Am J Botany. 92 (7), 1141-1151 (2005).
  35. Green, W. A. Loosening the CLAMP: an exploratory graphical approach to the climate leaf analysis multivariate program. Palaeontol Electro. 9 (2), 19 (2006).
  36. Peppe, D. J., Royer, D. L., Wilf, P., Kowalski, E. A. Quantification of large uncertainties in fossil leaf paleoaltimetry. Tectonics. 29 (3), 002549 (2010).
  37. Royer, D. L., Meyerson, L. A., Robertson, K. M., Adams, J. M. Phenotypic plasticity of leaf shape along a temperature gradient in Acer rubrum. PLoS One. 4 (10), e7653 (2009).
  38. Lowe, A. J., et al. Plant community ecology and climate on an upland volcanic landscape during the early Eocene climatic optimum: McAbee fossil beds, British Columbia, Canada. Palaeogeograp, Palaeoclimatol, Palaeoecol. 511, 433-448 (2018).
  39. Flynn, A. G., Peppe, D. J. Early Paleocene tropical forest from the Ojo Alamo Sandstone, San Juan Basin, New Mexico, USA. Paleobiology. 45 (4), 612-635 (2019).
  40. Allen, S. E., Lowe, A. J., Peppe, D. J., Meyer, H. W. Paleoclimate and paleoecology of the latest Eocene Florissant flora of central Colorado, U.S.A. Palaeogeograp, Palaeoclimatol, Palaeoecol. 551, 109678 (2020).
  41. Baumgartner, A., Peppe, D. J. Paleoenvironmental changes in the Hiwegi Formation (lower Miocene) of Rusinga Island, Lake Victoria, Kenya. Palaeogeograp, Palaeoclimatol, Palaeoecol. 574, 110458 (2021).
  42. Wagner, J. D., Peppe, D. J., O'keefe, J. M., Denison, C. N. Plant community change across the Paleocene-Eocene boundary in the Gulf coastal plain, Central Texas. Palaios. 38 (10), 436-451 (2023).
  43. Ellis, B., et al. . Manual of leaf architecture. , (2009).
  44. Schneider, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nat Meth. 9, 671-675 (2012).
  45. Greenwood, D. R., Pigg, K. B., Basinger, J. F., DeVore, M. L. A review of paleobotanical studies of the Early Eocene Okanagan (Okanogan) Highlands floras of British Columbia, Canada, and Washington, USA. Canadian J Earth Sci. 53 (6), 548-564 (2016).
  46. Lowe, A. J., West, C. K., Greenwood, D. R. Volcaniclastic lithostratigraphy and paleoenvironment of the lower Eocene McAbee fossil beds, Kamloops Group, British Columbia, Canada. Canadian J Earth Sci. 55 (8), 923-934 (2018).
  47. Lowe, A. J., et al. Dynamics of deposition and fossil preservation at the early Eocene Okanagan Highlands of British Columbia, Canada: insights from organic geochemistry. Palaios. 37 (5), 185-200 (2022).
  48. Gushulak, C. A. C., West, C. K., Greenwood, D. R. Paleoclimate and precipitation seasonality of the Early Eocene McAbee megaflora, Kamloops Group, British Columbia. Canadian J Earth Sci. 53 (6), 591-604 (2016).
  49. Poorter, H., Niinemets, &. #. 2. 2. 0. ;., Poorter, L., Wright, I. J., Villar, R. Causes and consequences of variation in leaf mass per area (LMA): a meta-analysis. New Phytol. 182 (3), 565-588 (2009).
  50. Enquist, B. J., et al. Scaling from traits to ecosystems. Adv Ecol Res. 52, 249-318 (2015).
  51. Burnham, R. J., Wing, S. L., Parker, G. G. The reflection of deciduous forest communities in leaf litter: implications for autochthonous litter assemblages from the fossil record. Paleobiology. 18 (1), 30-49 (1992).
  52. Burnham, R. J., Ellis, B., Johnson, K. R. Modern tropical forest taphonomy: does high biodiversity affect paleoclimatic interpretations. PALAIOS. 20 (5), 439-451 (2005).
  53. Jacobs, B. F. Estimation of low-latitude paleoclimates using fossil angiosperm leaves: examples from the Miocene Tugen Hills, Kenya. Paleobiology. 28 (3), 399-421 (2002).
  54. Sack, L., et al. Developmentally based scaling of leaf venation architecture explains global ecological patterns. Nat Comm. 3 (1), 837 (2012).
  55. Merkhofer, L., et al. Resolving Australian analogs for an Eocene Patagonian paleorainforest using leaf size and floristics. Am J Botany. 102 (7), 1160-1173 (2015).
  56. Baumgartner, A., Donahoo, M., Chitwood, D. H., Peppe, D. J. The influences of environmental change and development on leaf shape in Vitis. Am J Botany. 107 (4), 676-688 (2020).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

212

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved